【原创】图说美苏核潜艇的兴波阻力

潮起潮落

, d1 ]; \6 X( O) h
9 j! \0 o( z/ ~1 G潜艇在水面航行，会掀起航行波，航行波会产生兴波阻力。兴波阻力与潜艇的航速有关，也与艇型设计有关。航速越快，航行波越大，兴波阻力也就越大；但艇型设计不同，在同等航速下，不同型号的潜艇，其兴波阻力也会有所不同。这个，看其掀起的航行波大小，就可一目了然。
) J7 @) N5 G, `, n" q, ~& j
! p1 U$ l$ A) F( u4 V/ t就兴波阻力看，总体感觉，苏联核潜艇虽然建造工艺显得粗糙，但瑕不掩瑜，其艇型设计还是比较考究的，兴波阻力要小于美国核潜艇。
, q% [8 |9 [( U( R5 P
# ], N% j) f6 u下面发一组照片对比一下：

2 n' _" O. A4 V+ F1、        低速航行


BATON ROUGE号

. r- \4 L  t. f- n
V-2级
6 Y- G! i# M: S. P
上图为美国洛杉矶级核潜艇“BATON ROUGE”号。附带一说：该艇后来在摩尔曼斯克附近海域执行间谍侦察任务时，被俄塞拉级核潜艇K-276号撞残了。大概修了两年吧（懒得查了）也没修好，成了第一艘退役的洛杉矶级核潜艇。俄艇脑袋撞瘪了一块，修好后依然在航。
3 v& M* l  Y& O, a+ |) [
* L6 L3 ^& Z- _! a下图为苏联V-2级核潜艇。

这两条艇都在进港，为低速航行，因此两者掀起的航行波彼此彼此。兴波阻力与航速关系莫大，因此低速航行时，两国核潜艇产生的兴波阻力都差不多。

4 F9 I/ n. F; ?# |$ x" d
% m* I6 c$ _. ~; r( F9 }2、        中速航行

' f/ g8 Z" g. d. g& x7 v
- y& S3 H8 {/ J% H" R& K弗吉尼亚级


V-3级

, q& c' W# T; ~6 g上图为美国弗吉尼亚级“密苏里”号，下图是苏联V-3级。

中速航行时，差别就出来了。沉重的海水已经漫上了弗吉尼亚级前甲板，而V-3级的艇首依然挺立，海水没漫上来。
  t3 X% N  G: g  H" H

; S. \* H" ]$ s7 @3 W3、高速航行
# }$ c9 V" o8 x2 l4 [
0 |( K8 F& y* Z# ]0 G$ V1 C
: Y  _$ b' j4 D' z4 d' t" E高速航行的美国洛杉矶级


P级
0 p( J0 C9 C& H* ^1 A/ X6 r

C-1级
* b' _; d! _3 F9 t+ t1 i# G5 }

* C* w" Z* f5 {" S% v  j1 |V-1级

3 T% v. P; t7 e) j2 l上图为美国洛杉矶级，下边多放了几张苏联核潜艇高速航行的照片。分别是P级、C-1级（本图为租借给印度的那艘）及V-1级核潜艇。

高速航行时，差别巨大。沉重的海水已经涌上了洛杉矶级的前后甲板，白花花的航行波汹涌澎湃，该艇已呈低头翘臀姿势，我们称为“埋首现象”。颇有点像猪拱地，道理也一样，拱得越深，阻力越大。反观高速航行的苏式核潜艇，其兴波阻力要小得多。

4
0 @( Q  a$ ]" ]) c' M
0 s( ]$ X- X2 T0 E) E$ P7 k编队航行的洛杉矶级核潜艇，水面舰艇的尾迹要小得多，对比一下。
* M2 E& g8 R7 d+ y6 W: W8 M
核潜艇水面航行的照片有时挺骗人，看着气势汹汹的样子，其实其航速并不大，也就20节左右。其尾迹要比水面舰艇壮观得多。

逍遥探花

外行看热闹，没有老兄见解还真不知道这里面有这么多道道。

维京老海盗

是不是因为两者采用的艇艏外形不一样？我印象中美国潜艇的艇艏是长水滴形和雪茄形，显得比较尖而细长，毛熊的更圆钝和短一些，更类似鲸形艏？

猫元帅

我觉得这么比不公平。首先核潜艇要满足水下航行的需要，对于水面航行要求不高。其次，不同级别的艇首线形不一样，不好比较。
' ~3 Q! f. O* W8 B
凭记忆说，洛杉矶级和苏联潜艇的艇首就像鸡蛋的两头。洛杉矶级像雪茄，而苏联的更接近拉长的水滴。因此洛杉矶级比较容易上浪。

潮起潮落

猫元帅 发表于 2013-2-4 13:44
我觉得这么比不公平。首先核潜艇要满足水下航行的需要，对于水面航行要求不高。其次，不同级别的艇首线形不 ...

以三代艇比较，苏联核潜艇造型很考究，更接近水滴形。老美早期的鲣鱼级还行，后来从长尾鲨级开始，艇型基本就是个圆管子了。
. \" m* [/ Q$ ?
- D) n5 |5 n! }+ K

猫元帅

潮起潮落 发表于 2013-2-4 14:01
以三代艇比较，苏联核潜艇造型很考究，更接近水滴形。老美早期的鲣鱼级还行，后来从长尾鲨级开始，艇型基 ...

我一直认为中央流体动力研究所的那帮人其实比美国人牛。美国人很多东西是靠了大功率发动机，和高技术包覆材料。

潮起潮落

猫元帅 发表于 2013-2-4 14:03
* `; i0 Z8 P" Q0 Q我一直认为中央流体动力研究所的那帮人其实比美国人牛。美国人很多东西是靠了大功率发动机，和高技术包覆 ...

是，苏联核潜艇在某些方面挺牛的。航速、潜深、火力、推进功率都强于美国。隐身技术方面，苏联在70年代，已经上消声瓦了。美国大概在90年前后才上消声瓦。

akboz

一向很喜欢俄国人的ACURA攻击核潜艇的线性，特别是低阻三元流线体指挥台围壳，漂亮极了。现在德国人的212/214也设计了类似的指挥台围壳，再加上一流的工艺，看上去就很舒服。

潮起潮落

akboz 发表于 2013-2-4 14:20
- p: n9 y$ d* g; S; `4 C一向很喜欢俄国人的ACURA攻击核潜艇的线性，特别是低阻三元流线体指挥台围壳，漂亮极了。现在德国人的212/2 ...

是，我也一直很喜欢阿库拉级、212A级潜艇的造型。在光溜溜的潜艇里，这两种艇的造型当属最漂亮的了。
) A* ~+ z' U3 o2 G; d. @2 z
& |0 Z$ e# i! j  s2 r/ W, T

groovy26

潮起潮落 发表于 2013-2-4 14:01
, N! U6 o( I/ B  R, ~以三代艇比较，苏联核潜艇造型很考究，更接近水滴形。老美早期的鲣鱼级还行，后来从长尾鲨级开始，艇型基 ...

- y  |- `6 `. x4 k严重赞同这句…基本就是跟棍子啊

潮起潮落

发几张线图比较一下
' [7 w* I1 A" w: o9 T8 B
$ u. m% E/ R- I
洛杉矶级


弗吉尼亚级

9 t; q( p" U6 z4 U$ i) A; K3 g
9 [! S4 i. x- ^& V  W阿库拉级
8 H5 l( _# o) {2 ]
) o# F' k# N2 K# m5 L; G
阿尔法级
, J) E/ }1 f- \3 p" B9 R4 i; f1 Q# |+ a& S


亚森级
" I1 L. l6 t7 v2 H
. ]( D8 i4 e3 W* `- ^0 _1 \5 o
  J/ X' G/ i9 A& t% B自长尾鲨级起，美国核潜艇的艇型已基本固化，基本就是一个圆筒子，包括鲟鱼级、洛杉矶级、海狼级、弗吉尼亚级等皆如此。其间出现的几艘实验艇（一角鲸号、白鱼号、利普斯科姆号等），在艇型上，几乎看不出与同期批量建造的核潜艇有何区别。

个人认为，美国核潜艇里，最具水滴形造型的是鲣鱼级。
! X; u1 C; n# ]9 k  o; J
与美国不一样，苏联从第二代SSN（V级）起，艇型就已经采用水滴型了。而705型更是登峰造极之作，造型非常滑顺，适合高速航行。但到了亚森级，苏/俄核潜艇，在艇体上说，已经与美国区别不大了——当然，艇体长径比还是比美国更考究。

* v+ I0 z, \3 H- S8 E8 c7 @


+ E- N; R8 ]7 C  x6 \  s

大鹏翔宇

双壳体是不是比单壳体更耐撞一些，所以伊万们对水下撂跤有恃无恐？

groovy26

潮起潮落 发表于 2013-2-4 16:43
发几张线图比较一下

是不是美国喜欢模块化建造，有可能某几条艇会增加一个舱段…所以这种构型适合之后的大批量生产时的微调？

潮起潮落

大鹏翔宇 发表于 2013-2-4 17:09
+ ~; l6 _% M0 h( {+ U, z双壳体是不是比单壳体更耐撞一些，所以伊万们对水下撂跤有恃无恐？

  E" J& @/ A7 X: ~
是，双壳体、小分舱结构，加上大储备浮力，抗沉性肯定好。苏联核潜艇潜的深，板材强度高，也是一个因素。

TopGun

美国潜艇为了对付埋首，潜艇在水面静止时自然首部上仰。
8 I& O. x5 y2 t2 ?: y
0 h; G  O; s% t苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻力小。

以上请指正。
4 l. ]: z5 n# u

' T$ M+ m% W: C3 q- o6 n8 L

潮起潮落

TopGun 发表于 2013-2-4 19:10
. i; X7 w1 m. E3 a1 \5 m! Q5 g* s美国潜艇为了对付埋首，潜艇在水面静止时自然首部上仰。

苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻 ...

7 N- I6 W* }5 B- Q' ?/ b# o( [“埋首”指的是航行时出现的现象，是兴波导致，在水面静止时没有“埋首”说法。
2 c2 h% B8 d" b8 p, d' [+ c( x" J
9 G; l: C& r7 j% U双壳体对艇型有修正调整作用，这也是苏联核潜艇更接近水滴型的原因之一。

! v* F, r2 H4 g

3 _" y# P1 s) M: _' ~# \" e
当然，也不是说单壳艇的艇体就一定是个前后一边粗的圆筒子。比如英国机敏级就在固壳上边加了非耐压结构，有些设备可以布置在舷间结构中，也可降低兴波阻力（至少吧，兴波没都压在前甲板上）。所以这事儿全在设计。
% `. A0 q- p% Y% D
9 y0 Q4 o* |, r3 }8 v
7 |# h  q0 i5 [4 d

TopGun

( O- E: n7 a& C9 B

潮起潮落 发表于 2013-2-4 06:22
* Q- ?! y8 Q7 n& C( l( f“埋首”指的是航行时出现的现象，是兴波导致，在水面静止时没有“埋首”说法。
% P* r' g6 [- D$ S( ~
双壳体对艇型有修正调整 ...

- B; q% z9 O0 l! b$ z% I4 E# Z5 D美国潜艇在静止时艇首上仰，表示艇首的储备浮力大。

在水面航行出现埋首时，潜艇虽艇首因被埋而低头。但因为本来艇首就是仰首，所以虽然低头，但不至于翘尾巴。
7 }6 K+ P& I, m# }9 R
苏俄潜艇因采用双壳，不但直径大而且储备浮力大，导致在水面时浮出水面的高度高。所以埋首现象很少见。

: j" H8 L# P4 A0 f0 p. P" S另外，洛杉矶级看来也在改进中加装了泵射装置，是否噪音也见了一些？

0 M$ V. n% i/ \, n0 h



/ V! G, [2 e/ ^: Y
5 y) U: `6 o1 ]: T" u

MacArthur

水面航行时兴波阻力大是否说明水下航行时的阻力也会很大？现在的潜艇水面航行已经不是主要模式了吧？

潮起潮落

9 ]8 c  k- }& K% N* ~

MacArthur 发表于 2013-2-7 06:52
水面航行时兴波阻力大是否说明水下航行时的阻力也会很大？现在的潜艇水面航行已经不是主要模式了吧？
...

9 I" @$ h2 t: |% i& ?6 k1 E不是技术流，仅凭上学时对教员授课内容的印象试着回答。
/ i2 s4 G$ W$ m; O
$ _! k2 C0 S: V( G, ^潜艇在水面航行时，影响航速的阻力有摩擦阻力、旋涡阻力、兴波阻力、突出体（比如舰桥）空气阻力。潜艇在水下时波浪造成的兴波阻力和空气会随之消失，影响潜艇水下航速的阻力就只剩下摩擦阻力、旋涡阻力和突出体阻力。
1 a0 z, m& E2 F3 ~$ `" v
但问题是潜艇在水下航行时，浸水面积增大，摩擦阻力、旋涡阻力和突出体阻力也相应增大，这对潜艇（尤其是水滴型核潜艇）水下航速反而高（显见是因阻力小导致），是个理解上的难点，这涉及到水上/水下航行阻力大小的数值问题。但在水下高速航行时，水滴型的水下航行阻力肯定要小于水上，这是确定无疑的。具体数字~~~没具体数字。艇型不一样，数值也肯定不一样。不是技术流，拍不出具体数字。我懒，满足于记结论。

% i) D8 u. G1 W: n7 f' D7 Y现代潜艇水面航行已不是主要模式，但具体而言，也能看到某些常规艇（就算是不太老的型号吧）的设计思想还没转过来，比如法国的奥古斯塔级、039型，其艇型上还是偏于照顾水面航行。按我理解，英国的机敏级核潜艇也有点这个意思。当然，现在主流艇型基本都是水滴型了。
9 c7 q+ V5 P. y; \; _, E


7 a2 x  a9 S; K& @( ]; z
( ]" `4 S4 `8 Q# i

xlan1976

哈哈，这里讨论啥的都由啊。记得船舶在水中航行受到波浪的阻力好像与弗洛德数有关。不过我不是学液体流体力学的，对这个也就是知道个名词而已，楼主给讲讲呗